A sűrűséghajtotta óceáni vízkörzés és mélységi konvekció numerikus és laboratóriumi modellezése

Bolygónk hőtranszportjának körülbelül felét az óceánok végzik. A Világóceán különböző medencéinek és rétegeinek vízcseréjét az úgynevezett nagy óceáni szállítószalag (Great Ocean Conveyor – GOC) biztosítja, mely összekapcsolja a felszíni, jellemzően meridionális hőfluxuskülönbség-hajtotta áramlásokat az ellenkező irányú aljzati visszaáramlással. A GOC hajtómotorja a lesüllyedés. A felszíni és a mélyóceán között csak akkor alakulhat ki vízcsere (Deep Water Formation, DWF), ha az óceáni medencének van olyan területe, ahol a felszíni víznek lehetősége van nagyobb sűrűséget elérni, mint a legalul lévő víztömegé. Ez a helyzet csak magas földrajzi szélességeken állhat elő, és csak az Atlanti-óceán északi és déli végén valósul meg ténylegesen. A dolgozatban bemutatott kutatás során azt a kérdést tettük fel, hogy ezeken a pontokon milyen felszíni hőfluxus-peremfeltételek mellett süllyedhet le az aljzatig az óceáni víztömeg. Továbbá próbára tettünk egy érdekes, újszerű feltevést. Azon észrevételünk alapján, hogy a lesüllyedési pontok olyan területeken helyezkednek el, melyek alatt az aljzati hőáram magasabb értékei fedezhetők fel (hot spotok, szubdukciós zónák mögött kialakuló vulkáni tevékenység), megvizsgáltuk, hogy ez mennyiben befolyásolhatja a mélységi átkeveredést. Numerikus szimulációk segítségével a lesüllyedési pontok alapvető fizikáját modelleztük. Ennek során egy kádat vizsgáltunk, melynek felszínén és oldalfalain különböző hőmérséklet-eloszlásokhoz relaxáltattuk a rendszert. Sikerült igazolnunk, hogy a hideg és meleg oldal (a természeti analógiában a pólus és az Egyenlítő) közötti hőmérsékletkülönbségre a rendszer rendívül érzékeny. Ezek után aljzati hőforrás módosító hatásait vettük szemügyre. Megmutattuk, hogy a magasabb hőmérséklettel rendelkező aljzati pontok fölött létrejövő turbulens keverés segítheti a víz teljes lesüllyedését, vagyis már kisebb meridionális hőmérsékletkülönbség mellett létrejöhet a teljes mélységi átkeveredés. Következtetéseink alapján laboratóriumi kísérletekben megfigyeltük a két konvekciós állapotot, ezzel kvalitatíve ellenőrizve a numerikus modell egyes eredményeit

The effect of a localized geothermal heat source on deep water formation.

In a simplified two-dimensional model of a buoyancy-driven overturning circulation, we numerically study the response of the flow to a small localized heat source at the bottom. The flow is driven by differential thermal forcing applied along the top surface boundary. We evaluate the steady state solutions versus the temperature difference between the two ends of the water surface in terms of different characteristic parameters that properly describe the transition from a weak upper-layer convection state to a robust full depth deep convection. We conclude that a small additional bottom heat flux underneath the “cold” end of the basin is able to initiate full-depth convection even when the surface heat forcing alone is not sufficient to maintain this state

An experimental study of the Atlantic variability on interdecadal timescales

A series of laboratory experiments has been carried out to model the basic dynamics of the multidecadal variability observed in North Atlantic sea surface temperature (SST) records. According to the minimal numerical sector model introduced by te Raa and Dijkstra (2002), the three key components to excite such a low-frequency variability are rotation, meridional temperature gradient and additive thermal noise in the surface heat forcing. If these components are present, periodic perturbations of the overturning background flow are excited, leading to thermal Rossby mode like propagation of anomalous patches in the SST field. Our tabletop scale setup was built to capture this phenomenon, and to test whether the aforementioned three components are indeed sufficient to generate a low-frequency variability in the system. The results are compared to those of the numerical models, as well as to oceanic SST reanalysis records. To the best of our knowledge, the experiment described here is the very first to investigate the dynamics of the North Atlantic multidecadal variability in a laboratory-scale setup

Post-test examinations on Zr-1%Nb claddings after ballooning and burst, high-temperature oxidation and secondary hydriding

The objective of the present study was to provide further data on E110G cladding behaviour. The results presented here are from new post-test examinations (PTEs) carried out on samples of secondary hydriding experiments conducted earlier in MTA EK. The as-received Zr-1%Nb cladding samples were pressurised at high temperature to balloon and burst and then oxidised in steam atmosphere. The post-test investigation was focusing on geometric change in the cladding, ductility, oxidation and hydrogen absorption. Outer and inner oxide layers were formed on the samples, with increasing thickness near the thermal centre. The results include radial and axial distribution of oxygen in the cladding after oxidation. The hydrogen uptake of the alloy shows the expected characteristic axial distribution. Mechanical testing of the oxidised and non-oxidised samples confirmed the results of the previous mechanical tests that after ballooning the samples still had notable flexural strength, whereas after oxidation this decreased. The results were evaluated against those obtained through simulations, making it possible to estimate the level of oxidation, and to develop better models through further simulation